第9章非铁金属.ppt

第章9非铁金属 1铝及其合金 2铜及其合金 3轴承合金其它非铁合金 绪论 除铁之外的其它金属称为非铁金属 轻金属 4 5g cm3如Al Mg K Na Ca等 重金属 4 5g cm3如Cu Zn Ni Sn Pb Co等 贵金属Au Ag Pt Rh 铑 Cd 镉 等 稀有金属相对稀少或产量较少Ti W V Nb Mo等 放射性金属如镭 Ra 铀 U 钍 Th 等 半金属介于金属与非金属之间的元素 如硅 锗 硼非铁金属具有许多黑色金属所不及的优良特性 是现代工业中不可缺少的材料 1铝及其合金 一 工业纯铝 物理性能 具有银白色金属光泽 密度2 72g cm3 熔点660 4 具有良好的导电和导热性 其导电性仅次于银和铜 纯铝在空气中易氧化 表面形成一层能阻止内层金属继续被氧化的致密的氧化膜 因此具有良好的抗大气腐蚀性能 1铝及其合金 一 工业纯铝 工艺性能 纯铝具有面心立方结构 具有极好的塑性和较低的强度 纯度99 99 时 b45MPa 50 良好的低温性能 235 塑性和冲击韧度也不降低 冷变形加工可提高其强度 但塑性降低 铸 压力加工 焊和切削加工性能具佳 工业纯铝中含有少量铁 硅等杂质元素 杂质含量增加 其导电性 抗蚀性及塑性都降低 1铝及其合金 一 工业纯铝 分类 按纯度 高纯铝 工业高纯铝 工业纯铝高纯铝 有L05 L01五种 数字越大 纯度越高 工业高纯铝 有LG5 LG1五种 数字越大 纯度越高 工业纯铝 有L1 L7七种 数字越小 纯度越高 用途 工业纯铝的主要用途是配制铝合金 高纯铝主要用于科学试验和化学工业 纯铝还可用来制造导线 包覆材料 耐蚀和生活器皿等 1铝及其合金 二 铝合金的分类 铝中加入适量Si Cu Mg Zn Mn等主加元素和Cr Ti Zr B Ni等辅加元素 组成铝合金 可提高强度并保持纯铝的特性 根据成分和生产工艺特点可将铝合金分为两大类 1 形变铝合金2 铸造铝合金 1铝及其合金 二 铝合金的分类 形变铝合金 成分在D点以左的合金 加热至固溶线DF以上温度得到均匀的单相 固溶体 塑性好 适于进行锻造 轧制等 铸造铝合金 成分在D点以右的合金 存在共晶组织 塑性较差 不宜压力加工 但流动性好 适宜铸造 1铝及其合金 二 铝合金的分类 形变铝合金 形变铝合金中 小于F点的合金 固溶体成分不随温度而变化 不能通过热处理方法强化 称为不可热处理强化的铝合金 成分在F D之间的合金 固溶体成分随温度变化 可通过热处理方法强化 称为可热处理强化的铝合金 1铝及其合金 三 铝合金的热处理 退火 淬火和时效 1 退火 1 再结晶退火再结晶温度以上保温一段时间后空冷 用于消除变形工件的加工硬化 提高塑性 以便继续进行成形加工 2 低温退火消除内应力 适当增加塑性 通常在180 300 保温后空冷 3 均匀化退火消除铸锭或铸件的成分偏析及内应力 提高塑性 通常在高温长时间保温后空冷 1铝及其合金 三 铝合金的热处理 退火 淬火和时效 2 淬火 固溶处理 将铝合金加热到固溶线以上保温后快冷 使第二相来不及析出 得到过饱和 不稳定的单一 固溶体 淬火后铝合金的强度和硬度不高 具有很好的塑性 1铝及其合金 三 铝合金的热处理 退火 淬火和时效 3 时效将淬火后的铝合金 在室温或低温加热下保温一段时间 随时间延长其强度 硬度显著升高而塑性降低的现象 称为时效 室温下进行的时效称为自然时效 低温加热下进行的时效称为人工时效 时效的实质 是第二相从过饱和 不稳定的单一 固溶体中析出和长大 由于第二相与母相 相 的共格程度不同 使母相产生晶格畸变而强化 1铝及其合金 三 铝合金的热处理 退火 淬火和时效 3 时效曲线 Al 4 Cu合金 自然时效人工时效 热处理 1铝及其合金 四 形变铝合金 形变铝合金依据其性能特点可分为四种 防锈铝合金LF 硬铝合金LY 超硬铝合金LC 锻造铝合金LD其中防锈铝合金为不可热处理强化铝合金 其它三种为可热处理强化铝合金 1铝及其合金 四 形变铝合金 防锈铝合金LF 主要系列 Al Mn系 Al Mg系主要性能 具有很高的塑性 较低或中等的强度 优良的耐蚀性能和良好的焊接性能 使用 防锈铝只能用冷变形来强化 一般在退火态或冷作硬化态使用 1铝及其合金 四 形变铝合金 防锈铝合金LF 常用Al Mn系 LF21 抗腐蚀性较好 常用来制造需弯曲 冷拉或冲压的零件 如管道 容器 油箱等 常用Al Mg系 F2 LF3 LF5 LF6等 有较高的疲劳性能和抗振性 强度高于Al Mn系合金 但耐热性较差 广泛用于航空航天工业中 如制造油箱 管道 铆钉 飞机行李架等 1铝及其合金 四 形变铝合金 硬铝合金LY 硬铝包括 Al Cu Mg系和Al Cu Mn系两类常用Al Cu Mg系分为 低强度硬铝 铆钉硬铝 如LY1 LY3 LY10等 强度较低 但有很高的塑性 中强度硬铝 标准硬铝 如LY11 高强度硬铝 如LY12 1铝及其合金 四 形变铝合金 硬铝合金LY 硬铝包括 Al Cu Mg系和Al Cu Mn系两类Al Cu Mg系硬铝的性能 焊接性和耐蚀性较差 对于板材可包覆一层高纯铝 通常还要进行阳极氧化处理和表面涂装 为提高其耐蚀性一般采用自然时效 部分Al Cu Mg系硬铝具有较高的耐热性 如LY11 LY12 可在较高温度使用 1铝及其合金 四 形变铝合金 硬铝合金LY 硬铝包括 Al Cu Mg系和Al Cu Mn系两类Al Cu Mn系硬铝 为超耐热硬铝合金 具有较好的塑性和工艺性能 常用代号有LY16 LY17 硬铝合金的用途 常制成板材和管材 主要用于飞机构件 蒙皮 螺旋桨 叶片等 1铝及其合金 四 形变铝合金 超硬铝合金LC Al Zn Mg Cu系合金 强度最高 常用LC4 LC9等 具有良好的热塑性 但疲劳性能较差 耐热性和耐蚀性也不高 表面通常包覆wZn 1 的铝锌合金 零构件也要进行阳极化防腐蚀处理 一般采用淬火加人工时效的热处理强化工艺 用于工作温度较低 受力较大的结构件 如飞机蒙皮 壁板 大梁 起落架部件等 1铝及其合金 四 形变铝合金 锻造铝合金LD Al Cu Mg Si系和Al Cu Mg Fe Ni系两类 Al Cu Mg Si系 热塑性好 可用锻压方法来制造形状较复杂的零件 一般在淬火加人工时效后使用 常用LD2 LD5 LD6 LD10等 主要制造要求中等强度 高塑性和耐热性的锻件 模锻件 如各种叶轮 导风轮 接头 框架等 1铝及其合金 四 形变铝合金 锻铝合金LD Al Cu Mg Si系和Al Cu Mg Fe Ni系两类 Al Cu Mg Fe Ni系 常用代号有LD7 LD8 LD9等 此类合金耐热性较好 主要用于250 温度下工作的零件 如叶片 超音速飞机蒙皮等 1铝及其合金 四 形变铝合金 牌号 1铝及其合金 四 形变铝合金 牌号 1铝及其合金 五 铸造铝合金 铸造铝合金 Al Si系 Al Cu系 Al Mg系 Al Zn系代号 ZL1 ZL2 ZL3 ZL4加两位数字的顺序号表示 若为铸锭 则在ZL后加D 若为优质 则在代号后加A 需表示状态时 在合金代号后用短横线连接状态代号 铸造方法代号不写入合金代号中 1铝及其合金 五 铸造铝合金 1 Al Si系 Al Si 11 13 系铸造铝合金俗称硅铝明 铸造铝合金的铸造性能好 密度小 具有优良的耐蚀性 耐热性和焊接性 用于制造形状复杂但强度要求不高的铸件 如飞机 仪表壳体等 制造低 中强度的形状复杂的铸件 如电机壳体 气缸体 风机叶片 发动机活塞等 1铝及其合金 五 铸造铝合金 1 Al Si系相图 1铝及其合金 五 铸造铝合金 1 Al Si系 ZL102变质前 b 140MPa 3 后 s 180MPa 8 1铝及其合金 五 铸造铝合金 2 Al Cu系 Al Cu系铸造铝合金有较高的强度 耐热性 但密度大 耐蚀性差 铸造性能不好 常用代号有ZL201 ZL202 ZL203等 主要用于制造较高温度下工作的要求高强度的零件 如内燃机气缸头 增压器导风叶轮等 1铝及其合金 五 铸造铝合金 3 Al Mg系 Al Mg系铸造铝合金 耐蚀性好 强度高 密度小 但铸造性能差 耐热性低 常用代号有ZL301 ZL303等 主要用于制造在腐蚀介质下工作的承受一定冲击载荷的形状较为简单的零件 如舰船配件 氨用泵体等 1铝及其合金 五 铸造铝合金 4 Al Zn系 Al Zn系铸造铝合金 Al Zn系铸造铝合金铸造性能好 强度较高 但密度大 耐蚀性较差 常用代号有ZL401 ZL402等 主要用于制造受力较小 形状复杂的汽车 飞机 仪器零件 1铝及其合金 五 铸造铝合金 牌号 汽缸头 铝铜合金 大型空压机活塞铝锌合金 活塞 裙部为铝硅合金 鼓风机用密封件铝镁合金 2铜及其合金 一 纯铜 1 纯铜又称紫铜 密度为8 96g cm3 熔点为1083 4 具有优良的导电性和导热性 其导电性仅次于银 纯铜在大气 淡水中具有良好的耐蚀性 但在海水中较差 纯铜具有面心立方结构 无同素异构转变 无磁性 2铜及其合金 一 纯铜 2 b 200 250MPa HB 40 50HBS 塑性 45 50 冷变形后 其强度可达400 500MPa 硬度提高到100 200HBS 但伸长率下降到5 以下 退火处理可消除铜的加工硬化 纯铜还具有优良的焊接性能 工业纯铜产品的代号为T1 wCu 99 95 T2 wCu 99 9 T3 wCu 99 7 主要用于配制铜合金 制作导电 导热材料及耐蚀器件等 2铜及其合金 二 黄铜 1 普通黄铜 普通黄铜 Cu Zn二元合金 产品代号H Cu 如H68表示含Cu68 的铜锌合金 单相黄铜 wZn 39 称为 强度低 塑性好 冷塑性加工成板材 线材 管材等 常用H68 H70 H80 主要用作弹壳和精密仪器 两相黄铜 wZn39 45 热塑性好 一般热轧成棒材 板材 常用H59 H62等 主要用作水管 油管 散热器 螺钉 普通黄铜具有良好的耐蚀性 但冷加工后的黄铜在海水 湿气 氨的环境中容易产生应力腐蚀开裂 应进行去应力退火 2铜及其合金 二 黄铜 2 特殊黄铜 特殊黄铜 普通黄铜中加入Al Si Pb Sn Mn Fe Ni等 称为铝黄铜 硅黄铜 铅黄铜等 合金元素能提高合金的强度 Al Sn Mn Ni能提高耐蚀性和耐磨性 Mn提高耐热性 Si改善铸造性能 Pb改善切削性能 其表示方法为 H 主加元素符号 铜及各合金元素的平均质量分数 w 100 如HPb59 1表示含wCu59 wPb1 铅黄铜 常用代号有HPb59 1 HSn90 1等 主要用于制造冷凝管 齿轮 螺旋桨 钟表零件等 2铜及其合金 二 黄铜 3 铸造黄铜 牌号表示 Z 铜元素化学符号 主加元素的化学符号及平均质量分数 w 100 其它元素的化学符号及平均质量分数 w 100 如ZCuZn38表示wZn38 余量为铜的铸造普通黄铜 2铜及其合金 二 黄铜 相图含Zn量与力学性能的关系 2铜及其合金 二 黄铜 牌号 2铜及其合金 三 青铜 青铜 除Zn以外 所有Cu合金的总称 根据所加主要合金元素Sn Al Be Si Pb等 青铜分为锡青铜 铝青铜 铍青铜 硅青铜 铅青铜等 代号 Q 主加元素符号及平均质量分数 w 100 其它元素平均质量分数 w 100 表示 如QSn4 3表示含wSn4 wZn3 的锡青铜 2铜及其合金 三 青铜 1 锡青铜 锡青铜的性能受锡含量的显著影响 wSn 5 的锡青铜塑性好 适于进行冷变形加工 wSn 5 7 的锡青铜热塑性好 适于进行热加工 wSn 10 14 的锡青铜塑性较低 适于作铸造合金 锡青铜的铸造流动性差 易形成分散缩孔 铸件致密度低 但合金体积收缩率小 适于铸造外形及尺寸要求精确的铸件 2铜及其合金 三 青铜 1 锡青铜性能 锡青铜的性能 良好的耐蚀性 减磨性 抗磁性和低温韧性 在大气 海水 蒸气 淡水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好 但在亚硫酸钠 酸和氨水中的耐蚀性较差 常用锡青铜 QSn4 3 QSn6 5 0 4 ZCuSn10Pb1等 主要用于制造弹性元件 耐磨零件 抗磁及耐蚀零件 如弹簧 轴承 齿轮 蜗轮 垫圈等 2铜及其合金 三 青铜 Cu Sn合金相图 2铜及其合金 三 青铜 2 铝青铜 铝青铜的性能 强度 硬度 耐磨性 耐热性 耐蚀性都高于黄铜和锡青铜 是无锡青铜中应用最广的一种 常用铝青铜 低铝和高铝两种 低铝青铜如QAl5 QAl7等 具有一定的强度 较高的塑性和耐蚀性 一般在压力加工状态使用 主要用于制造高耐蚀弹性元件 高铝青铜如QAl9 4 QAl10 4 4等 具有较高的强度 耐磨性 耐蚀性 主要用于制造齿轮 轴承 摩擦片 蜗轮 螺旋桨等 2铜及其合金 三 青铜 2 铝青铜相图 力学性能的影响 2铜及其合金 三 青铜 3 鈹青铜 铜合金性能最好的一种铜合金 唯一可固溶强化的铜合金 具有很高的强度 弹性 耐磨性 耐蚀性及耐低温性 良好的导电 导热性 无磁性 受冲击时不产生火花 还具有良好的冷 热加工和铸造性能 常用代号QBe2 QBe1 9等 用于制造重要的精密弹簧 膜片等弹性元件 高速 高温 高压下工作的轴承等耐磨零件 防爆工具等 2铜及其合金 三 青铜 牌号 3轴承合金 轴承合金 轴承合金 制造滑动轴承中轴瓦及内衬 按主要化学成分可分为锡基 铅基 铝基 铜基 铁基等轴承合金 性能要求 1 足够的强度和硬度2 塑性和韧性好3 与轴之间有良好的磨合能力及较小的摩擦系数4 良好的导热性和抗蚀性5 良好的工艺性 价格低廉 3轴承合金 轴承合金 耐磨机理 软基体 硬质点 硬质点起支撑作用 硬基体 软质点 承载能力大 磨合能力差 3轴承合金 一 锡基和铅基轴承合金 表示方法 锡基和铅基轴承合金又称为巴氏合金 其代号用ZCh 基本元素符号 Sn或Pb 主加元素符号 主加及辅加元素的平均质量分数 w 100 表示 如ZChSnSb11 6表示含wSb11 wCu6 余量为锡的锡基轴承合金 ZChPbSb16 16 2表示含wSb16 wSn16 wCu2 余量为铅的铅基轴承合金 3轴承合金 一 锡基和铅基轴承合金 耐磨机理 锡基和铅基轴承合金都属于软基体加硬质点型的合金 熔点都较低 由于它们的强度都较低 因此生产上常采用离心浇注法 将它们镶铸在低碳钢轴瓦 常用08钢 上 形成一层薄而均匀的内衬 以提高承载能力及使用寿命 3轴承合金 一 锡基和铅基轴承合金 锡基 锡基轴承合金是以Sn为主并加入少量Sb Cu等元素组成的合金 它具有较高的耐磨性 导热性 嵌藏性和耐蚀性 浇注性好 摩擦系数小 但疲劳极限较低 工作温度不超过150 价格高 广泛应用于重型动力机械 如汽车发动机 气体压缩机 涡轮机 内燃机的轴承和轴瓦 3轴承合金 一 锡基和铅基轴承合金 铅基 铅基轴承合金的硬度 强度 韧性 导热性 耐蚀性都比锡基轴承合金低 但摩擦系数较大 高温强度较好 价格较便宜 广泛用于制造承受低 中载荷的轴承 如汽车 拖拉机曲轴 连杆轴承 3轴承合金 二 铜基轴承合金 常用铜基轴承合金ZCuSn10P1 ZCuSn5Pb5Zn5等锡青铜和ZCuPb30等铅青铜 前者适于制造中速 中载下工作的轴承 如电动机 泵上的轴承 后者适于制造高速 重载下工作的轴承 如高速柴油机 汽轮机上的轴承 因铜基轴承合金价格较高 有被新型滑动轴承合金取代的趋势 3轴承合金 三 铝基轴承合金 铝基轴承合金的密度小 导热性好 耐磨性和疲劳极限高 价格便宜 但膨胀系数较大 抗咬合性低于巴氏合金 目前广泛使用的铝基轴承合金有铝锑镁轴承合金和高锡铝轴承合金两种 常与08钢作衬背制成双金属轴承 3轴承合金 三 铝基轴承合金 铝锑镁 该合金为wSb3 5 5 wMg0 3 0 7 的铝合金 具有较高的疲劳极限 适用于制造高速 载荷不超过20MPa 滑动速度不大于10m s的工作条件下柴油机轴承 3轴承合金 三 铝基轴承合金 高锡铝 该合金为wSn5 40 wCu0 8 1 2 的铝合金 以wSn17 5 22 5 合金最常用 该合金具有较高的疲劳极限 良好的耐磨性 耐热性和耐蚀性 是应用最广泛的铝基轴承合金 适用于制造高速 重载下工作的轴承 如汽车 拖拉机 内燃机轴承 3轴承合金 轴承合金的牌号 粉末冶金材料 将金属或非金属粉末混合后压制成形 并在低于金属熔点的温度下进行烧结 利用粉末间原子扩散来使其结合的过程被称做粉末冶金工艺 粉末冶金制品被称做粉末冶金材料 一 粉末冶金的特点 1 生产具有特殊性能的材料和制品硬质合金 摩擦材料 多孔材料 难熔金属材料 金属陶瓷 电接触材料 磁性材料及其制品 2 少 无 切屑精密加工 二 粉末冶金生产工艺过程 1 粉末制备 2 粉末配料 3 压制成型 4 烧结 5 烧结后处理 三 粉末冶金新技术 l 快速冷凝技术 2 机械合金化制粉工艺 3 以粉末热锻为主的热致密化技术 4 金属粉末喷射成形技术 硬质合金是指以一种或几种难熔碳化物 如碳